数字电子技术基础

简介: 数字电子技术基础

数字电子技术基础可作为高等院校电气类、电子信息类、自动化类、仪器仪表类各专业的教材,也可供其他理工科专业选用或供社会读者阅读。全书由数制和码制、逻辑代数基础、门电路、组合逻辑电路、半导体存储电路、时序逻辑电路、脉冲波形的产生和整形电路、数-模和模-数转换等八章和附录组成,介绍了数字电子技术的基础知识。初学者通识课程可跟B站上海交通大学郑益慧教授主讲电子技术基础课程。现将配套使用笔记发布如下,文件版可私信领取,时间紧迫,顺序混乱,还请海涵:

基础概念合集

本征半导体:一种完全纯净的结构完整的半导体晶体。

在室温下(300K),价电子会获得足够的随机热振动能量而挣脱共价键的束缚,成为自由电子,这种现象称为本征激发。

复合过程:自由电子与空穴相遇后两者同时消失

杂质半导体:在本征半导体中掺入微量的杂质,就会使半导体的导电 性能发生显著的改变。

N型半导体:掺P(五价)(施主杂质) 多子:自由电子 少子:空穴 N:negative,指自由电子带负电

P型半导体:掺B(三价)(受主杂质)多子:空穴 P:positive

PN结:在半导体两个不同的区域分别参入三价和五价的杂质元素,形成P型区和N型区。在他们的交界处出现了电子和空穴的浓度差异,电子和空穴发生扩散运动,在P区和N区的交界面附近,形成一个很薄的空间电荷区,这就是所谓的PN结。

空间电荷区:耗尽层、阻挡层、PN结

多子扩散运动(正向电流),少子漂移运动(反向电流)

PN结的单向导电性:PN结外加不同极性电压时,其导电能力会表现出巨大反差。PN结正向导通,反向截止。

反向饱和电流:和温度有关,几乎与外加电压无关(少子)

雪崩击穿:当反向电压增大到某一数值后,载流子的倍增情况就像积雪山坡上发生雪崩一样,载流子急剧增加,使反向电流急剧增大。

齐纳击穿:(杂质浓度大)在加有较高的反向电压下,PN结空间电荷区中存在一个强电场,它能够破坏共价键将束缚电子分离出来造成电子-空穴对,形成较大的反向电流。

热击穿:两种电击穿过程是可逆的,当加在PN结两端的反向电压降低后,PN结可以恢复原来的状态。但要求反向电流和反向电压的乘积不超过PN结容许的耗散功率,超过了就会因为热量散不出去而使PN结温度上升,直到过热而烧毁,这种现象就是热击穿。

二极管最大整流电流 :长期运行时,允许通过的最大正向平均电流。

稳压二极管工作于反向击穿区

反向击穿电压、反向电流、级间电容

mosfet和bjt的异同:1.场效应管是单极,三极管是双极。2. 场效应管是电压控制电流源,控制电压和电流属于不同的支路,因而电压的求解一般不难,而三极管要先建立模型,然后进行电路分析,求解过程特别是计算很复杂。总体而言,场效应管的分析要比三极管简单一些。3…三极管可以说是电流控制电流源的器件,而电流是通过输入电阻的大小来体现的;但场效应管是电压控制电流源的器件。4.场效应管灵活性比三级管好,其制造工艺更适合于集成电路。

在场效应管中只是多子参与导电,故称为单极型三极管;而普通三极管参与导电的,既有多数载流子,又有少数载流子,故称为双极型三极管。由于少数载流子的浓度易受温度的影响,因此,在温度稳定性、低噪声等方面前者优于后者。

BJT:

在基区宽度调制效应。

集电极-基极反向饱和电流ICBO:发射极开路,c、b间加上一定反向电压时的反向电流

集电极-基极反向饱和电流ICEO:基极开路,由集电区穿过基区流向发射区的反向饱和电流

ICEO=(1+β)ICBO

饱和失真:工作点进入饱和区而产生的失真 截止失真:工作点进入截止区而产生的失真

饱和失真和截止失真由元件特性曲线非线性引起,统称非线性失真

能否将BJT的发射结e和集电极c交换使用?为什么?不能,发射区掺杂浓度比集电区更高,集电区的面积比发射区更大,它们不是电对称的。

FET:

MOSFET:金属-氧化物-半导体场效应管

场效应管的夹断电压,就是栅极与源极的电压,从场效应管导通后,逐渐降低栅极电压,直到场效应管关断为止,此时栅极与源极的电压就是场效应管的夹断电压。

沟道长度调制效应:

衬底调制效应 :–当

MOSFET的源极s和漏极d能否交换使用?为什么?关于MOSFET的D、S间的对称性

–从原理上看可以互换

–对实际的器件,DS明确区分,严禁反接,不能互换

多级放大电路级间耦合方式:阻容耦合、变压器耦合、直接耦合

直接耦合共射放大电路

阻容耦合共射放大电路(通交流,隔直流)

放大电路

11-放大电路的性能指标

通频带

频率失真:

幅度失真:由于放大电路带宽所限,对不同频率信号幅值的放大倍数不同产生的失真

相位失真:当放大电路对不同频率的信号产生的相移不同时产生的失真

频率失真(幅度失真和相位失真)都是由于线性电抗元件所引起的,所以又称为线性失真。

放大电路的传输特性曲线:描述放大电路输出量与输入量关系的曲线

非线性失真:由放大电路的非线性特性引起的失真

放大电路的非线性失真?由于晶体管输入特性的非线性和动态时管子工作点进入饱和区和截止区所引起的输出波形失真,称为非线性失真。

把整个电路中的元器件制作在一块硅基片上,构成特定功能的电子电路,称为集成电路

差分电路用途:用于直接耦合放大器中抑制零点漂移

零点漂移(简称零漂) :当放大电路的输入端短路时,输出端还有缓慢变化的电压产生,即输出电压偏离原来的起始点而上下漂动

零漂主要由温度引起:“温漂”

共模抑制比:放大电路差模信号的电压增益Avd与共模信号的电压增益Avc之比的绝对值

反馈:(将输出信号的一部分或全部通过一定的方式送回到输入端)将电路输出电量(电压或电流)的一部分或全部通过反馈网络,用一定的方式送回到输入回路,以影响输入、输出电量(电压或电流)的过程

正反馈:引入反馈信号后净输入信号比没有引入反馈时增加了

负反馈:引入反馈信号后净输入信号比没有引入反馈时减少了

直流反馈(稳定静态工作点):存在于放大电路直流通路中的反馈

交流反馈:存在于交流通路中的反馈。

交流反馈:1.提高电压放大倍数的稳定度2.扩展通频带3.减小非线性失真4.改善输入输出电路

电压反馈(减小输出电阻,稳定输出电压):反馈信号和输出电压成比例,反馈网络的输入端口并联于放大电路输出端口

电流反馈(增大输出电阻,稳定输出电流):反馈信号和输出电流成比例,反馈网络的输入端口串联于放大电路输出端口

串联反馈(增大输入电阻):输入信号和反馈信号均以电压形式出现

并联反馈(减小输入电阻):输入信号和反馈信号均以电流形式出现

负反馈放大电路有哪几种类型?如何判断?电压串联负反馈;电压并联负反馈;电流串联负反馈;电流并联负反馈;

“输出端短路法”即假设输出电压x0=0,看反馈信号是否存在,若反馈信号存在则为电流反馈,若反馈信号不存在,则为电压反馈。

在放大电路的输入端判断,如反馈网络与基本放大电路串联,为串联反馈;若反馈网路与基本放大电路并联,为并联反馈。

闭环增益:Af,引入反馈后的增益为闭环增益

环路增益:AF=xf/xid,反馈回路中的总增益

带负载能力:放大电路输出量随负载变化的程度。负载变化时,输出量变化很小或基本不变表示带负载能力强,即输出量与负载大小的关联程度越弱,放大电路的带负载能力越强。

自激振荡:不外加激励信号而自行产生的恒稳和持续的振荡

自激振荡的条件:某一频率经A和F总相移180度,平衡条件:AF绝对值大于等于1 合起来就是在某一频率AF=-1 起振:AF绝对值大于等于1

一级最多相移90度

虚短:vid=vp-vn≈0(在运算放大器的线性应用电路中,由于理想放大器的高电压放大倍数的抑制作用,使得运算放大器的同相输入端与反相输入端的电位差非常小,以至于近似相等,两点间压差为零,就好像两点间短路一样。当然这不是真正的短路,而是一种近似,所以称为“虚短”)

虚断:ip=in≈0.(当运放处于线性状态时,把两输入端视为开路,即流入正负输入端的电流为零。当然同样这不是真正的断路,而是一种近似,所以称为“虚断”。)

虚短为本质得,虚断为派生得。

输入失调电压在室温及标准电源电压下, 输入电压为零时,为了使集成运放的输出电压为零,在输入端加的补偿电压

输入偏置电流 :集成运放两个输入端流入静态电流的平均值

输入失调电流:集成运放输入电压为零时两个输入端流入静态电流之差

电压跟随器:输出电压vi与输出电压vo大小相同,相位相同

电压跟随器有什么特点?一般用于什么场合?它的输入电阻趋于无穷,输出电阻趋于无穷,它在电路中常作为阻抗变换器或者缓冲器。

互阻放大器又称电流-电压转换器。电路产生一个与输入电流成比例的输出电压。

理想运算放大器的主要指标各是多少? 输出电压工作在线性区 ;开环电压增益两输入端间电压电流基本为零;输出电阻 0;开环带宽BW→ ∞(对所有频率的信号具有相同的

(开环差模电压增益Aud、最大输出电压Uopp、差模输入电阻Rid、输出电阻R0、共模抑制比KCMR、最大共模输入电压幅度uicm)

直流耦合:信号直接通过导线到达下一级

交流耦合:在信号传输路径上去除了信号的直流成分

P2.本征载流子浓度受温度影响,温度升高,浓度增加;

本征激发载流子与复合达到动态平衡。

1.N型半导体掺入+5价P元素 ,造成N型半导体存在大量自由电子,带负电。

2.N型半导体:多子是电子;空穴是少子;温度对N型半导体多子影响不大不大,几乎忽略不计;但是少子影响很大。

3…P型半导体:掺入+3价硼元素,造成P型半导体存在大量空穴,带正电。多子是空穴;

扩散运动,使得电子与空穴发生湮灭现象,形成空间电荷区;

疑问:为什么空间电荷区电场方向由N取指向P区?

解释:因为N型半导体多子是自由电子,自由电子被P区空穴湮灭后,+5价林元素丢失一个电子,显示正电性;P型半导体多子是空穴,空穴被N区自由电子湮灭,+3价硼元素得到一个电子,对外显示负电性。

所以空间电荷区电场方向由N区指向P区

空间电荷区又叫:耗尽层,阻挡层,PN结

漂移运动:少子漂移

不对称结:掺杂浓度不一样;

PN结单向导电性:PN结外加正向电压,大于导通电压,导通;

反向电压,会增加空间电荷区,不导电;但是会增加漂移运动;

PN结伏安特性曲线:

Is Ut=26mV

正向死区电压硅管0.6-0.7V,锗管 0.3V

反向特性

反向击穿:雪崩击穿;齐纳击穿;

反向击穿----雪崩击穿(与温度成反比)—通过控制掺杂浓度控制反向击穿电压。

1.为什么二极管有最大反向击穿电压参数

2.做成稳压二极管(与温度成正比)

齐纳击穿:场强很大,直接拉出价电子,

PN势垒电容:可以做成可变电容

扩散电容

反向电压越大,势垒电容越大

电压上升,电容增加

半导体二极管

1.常见结构:点接触型,面接触型

2.二极管伏安特性

由于体电阻的存在,电流比PN结小

反向电流大一些

3.温度的影响

温度升高,正向左移,反向下移

室温:温度升高1度,正向压降降低2-2.5mV;反向 Wendy升高10°,反向电流增加1倍。

P4 二极管参数

1.If 最大工作电流

2.Ur最高反向工作电压

3.IR 最大反向电流

4.Fm最高工作频率

伏安特性折线化

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